0引言對于柱塞泵的動力學方面的研究一直在不停的進行中,在若干年以前主要是采用理論計算簡化求解,工作量很大,而隨著虛擬樣機技術的迅速發展,逐漸采用計算機軟件進行仿真,省去了大量繁瑣的公式推導計算求解,為泵的研發設計節省了寶貴的時間,所以如何使用虛擬樣機來更為準確的仿真現實中的受力是我們研究的重點。本文與以往的虛擬樣機仿真模型比較提出一種新的仿真模型來更為準確的仿真柱塞泵動力學特性。1方案1以往的柱塞泵模型以往的柱塞泵的機液一體化虛擬樣機模型中各部件之間的運動約束關系如表1所示,其ADAMS的動力學模型如圖1所示。表1圖1動力學模型!"#$%&’(%&$"#)%&’(柱塞底部的液壓力的獲得是在已經建立了泵的液壓系統模型和動力學模型的基礎上,利用AMESim和ADAMS兩個軟件平臺之間的接口進行實時數據傳遞,將兩個模型有機的聯系在一起,便可以得到斜盤斜柱塞泵的機液一體化虛擬樣機模型,AME如圖2所示。圖2AME泵模型以上就是以往的動力學虛擬樣機仿真通常采用的方法,也就是ADAMS和AME兩種軟件的聯合仿真,另外還有利用ADAMS和MATLAB的聯合仿真,大體與方案1相似,就不再介紹。2方案2柱塞與套筒剛性接觸模型柱塞與缸孔的接觸比壓分析是柱塞泵中最重要的摩擦副設計之一。在泵的正常運轉過程中,柱塞在缸體中運動,其配合間隙的部分并非全部被油膜充滿,總會存在著一些缸體與柱塞的直接接觸的地方,而這些接觸地方不接觸應力不超過許用接觸應力則不會發生不期望的磨損,所以考慮這個因素,采用接觸碰撞分析,摩擦參數設置成存在油液的濕潤滑有重要的意義。在此模型中泵各部件之間的運動約束關系中唯一變化的是缸體與套筒的關系,考慮現實柱塞在套筒中運動時嚴格的說是接觸碰撞,而并非圓柱副,所以在柱塞與套筒之間添加接觸力,使之與現實影響因素更為相近,接觸參數如圖3所示,剛性接觸模型如圖4所示。圖3接觸參數圖4剛性接觸模型對于此模型柱塞底部的液壓力來自于流體軟件STAR-CD的CFD流場仿真,較之AME提供的數據更為準確,流場的模型如圖5所示,仿真結果曲線如圖6所示。1-吸油腔2-配流盤腰型槽3-缸體腰型槽4-排油腔圖5柱塞泵全流道模型網格圖6始點在上止點的柱塞底部壓力把CFD仿真得到的柱塞底部壓力處理后導入到ADAMS中,添加在柱塞底部,這樣方案2的虛擬樣機模型就完成了。3方案3柱塞與套筒柔性接觸模型在此模型中較之上一個模型,考慮柱塞與套筒的變形,根據變形矢量等于模態矩陣乘模態坐標(主坐標)應變等于微分乘子矩陣乘變形矢量應力等于彈性模梁乘應變,所以對于柔性體即可以用模態中性文件代替。采用Ansys有限元軟件生成柱塞缸體柔性的模態中性文件,在ADAMS中使用模態中性文件代替原先的剛性體,即完成方案3的虛擬樣機模型如圖7所示。圖7接觸碰撞模型4仿真結果比較通過三種仿真方案比較,方案1的ADAMS模型和AME模型的建立都相對簡單,但可以看出來仿真模型不夠精確,方案2較方案1,ADAMS模型采用的剛性接觸柱塞底部的液壓力來自于STAR-CD流體仿真,較方案1更為精確,工作量要稍大于方案1,方案3在方案2的基礎上ADAMS模型采用了ANSYS的中性文件的柔性化,工作量要稍大于方案2,但從影響因素方面考慮更接近于現實,而且同時從分析得到柱塞運動過程中的部分應力等,可以從材料方面校核柱塞的強度,對柱塞泵的設計有很大的意義,仿真結果如圖8、圖9、圖10所示,柱塞的應力如圖11所示。圖11柱塞的應力圖5結論通過幾種模型的比較,文中提出的基于ADAMS柔性接觸碰撞軸向柱塞泵動力學仿真采用柱塞與套筒柔性接觸模型

總結

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